立式精鍛機自動上料機械手設計【JS194】【含9張CAD圖紙】【JS系列】

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一、選題依據(jù) 1、論文（設計）題目 立式精鍛機自動上料機械手三維設計 2、研究領域 三維設計，機械設計，液壓傳動 3、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 我國國家標準(GB/T 12643-90)對機械手的定義：具有和人手臂相似的動作功能， 可在空間抓放物體，或進行其它操作的機械裝置。 機械手技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。 理論意義：其一，對于機器人的研制，尤其仿人機器人的研究應用，必將對機器人行業(yè)起到積極的促進作用；其二，仿人機械手的研發(fā)隸屬于制造業(yè)，其研制成功與推廣，可以增加就業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)濟價值；其三，其技術的實現(xiàn)可以促進制造業(yè)的信息化、自動化和產(chǎn)品的智能化，提升產(chǎn)品技術含量和附加值，從而促進我國制造業(yè)相關技術領域的發(fā)展。 應用價值：機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術的不斷突破也變得日趨重要。目前，機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應用中越來越重要。特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨重、單調(diào)、頻繁的操作代替人作業(yè)。 本課題研究的機械手主要用于立式精鍛機，針對軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前，要求機械手抓取工件時，滿足被握持的工件形狀、尺寸大小、重量、材料性能、表面狀況等要求。 4、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 工業(yè)機械手的第一次迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應用在美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手研究，時間大約是在上世紀 40 年代，它是一 10 種主從型的控制系統(tǒng)。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手?？刂葡到y(tǒng)有別于 40 年代的主從型而是示教型的；1962 年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上， 研制出一種更新興的機械手，運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動；控制系統(tǒng)用磁鼓做儲存裝置。這個機械手對機械手的發(fā)展有著深遠的意義， 日后的不少球面坐標式機械手就是在這個基礎上發(fā)展起來的；同一年該公司和普曼公司合并成重組為萬能制動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。雖然上述機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外機械手發(fā)展的重要基礎。在機械手得到一定程度的發(fā)展后，從 60 年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機器人相繼在生產(chǎn)中開始應用。1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯(lián)合研制出一種 Unimation-Vic.arm 型工業(yè)機械手， 裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國機器制造業(yè)是從 1970 年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 我國工業(yè)機械手的研究與開發(fā)起步較晚，比歐美要晚 30 年左右，起步于上世紀 70 年代，1972 年我國第一臺機械手在上海開發(fā)成功，隨之全國各省都開始研制和應用機械手。從第七個五年計劃開始，我國政府更加加大了對工業(yè)機器人的重視程度， 并且為此項目投入了大量的資金，在眾多學者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造了一系列的工業(yè)機器人，其中有由北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機器人， 廣州機床研究所和北京機床研究所合作設計制造的點焊機器人，大連機床研究所設計制造的氬弧焊機器人，沈陽工業(yè)大學設計制造的裝卸載機器人等等。這些機器人的控制器，都是由中國科學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機器人關鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機，編碼器等。 目前工業(yè)機械手在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據(jù)不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，又便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定 的操作。此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時， 即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作時電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 隨著機械手的發(fā)展，人們也對機械手的應用與發(fā)展提出了更高的要求，一是重復高精度，精度是指機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置密切相關。重復精度是指如果動作重復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。顯然， 重復精度比精度更重要；二是模塊化，有的公司把帶有系列導向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向；三是無給油化，無給油化是個新提出的概念，主要是為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)， 構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長；四是機電氣一體化，機電氣一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術相結(jié)合的自適應控制氣動元件，使氣動技術從“開關控制” 進到高度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 機械手總裝結(jié)構設計，機械手驅(qū)動結(jié)構的設計，機械手手部、腕部、臂部結(jié)構設計，機械手升降機構的結(jié)構設計，機械手的驅(qū)動控制。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）選擇機械手基本形式； （2）采用合適的坐標式實現(xiàn)相關功能； （3）設計自動上料機械手的驅(qū)動機構； （4）選定機械手手部抓取的方案、腕部的回轉(zhuǎn)范圍、速度及機構的選定，臂部回轉(zhuǎn)，升降，伸縮的方案及結(jié)構的選定； （5）對總體的布局及裝配設計； （6）對機械手內(nèi)的零件進行疲勞強度以及接觸應力的安全系數(shù)校核。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1）一套完整的立式精鍛機自動上料機械手三維模型以及其二維零件圖、裝配圖 （2）一份立式精鍛機自動上料機械手的設計說明書 （3）一篇外文文獻翻譯 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 采用三維設計軟件完成立式精鍛機自動上料機械手的設計，包括機械手總裝結(jié)構設計、機械手手部、腕部、臂部結(jié)構設計、機械手升降機構的結(jié)構設計。 本設計的機械手用于軸類零件精鍛自動生產(chǎn)線上，將加熱后的坯料從運輸車上取下搬運到立式精鍛機上。機械手固定安裝在 JD100 立式精鍛機前。設計參數(shù)： （1）抓重：60 公斤 （2）坐標形式：圓柱坐標 （3）自由度數(shù)：4 個 （4）最大工作半徑：1700mm （5）手臂最大中心高：2300mm （6）手臂運動參數(shù)： 手臂伸縮范圍 0-500mm 手臂伸縮速度 伸出 176mm/s 縮回 233mm/s 0-600mm 手臂升降速度 上升 100mm/s 下降 150mm/s 手臂升降范圍 0-600mm 手臂回轉(zhuǎn)范圍 0-200（實際使用為 95 ） 手臂回轉(zhuǎn)速度 60°/s （7）手腕運動參數(shù)： 手腕回轉(zhuǎn)范圍：0-180° 手腕回轉(zhuǎn)速度：201°/s 2. 論文（設計）進度計劃 第 1 周：布置畢業(yè)設計任務確定立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的選題 第 2 周：根據(jù)立式精鍛機自動上下料機械手三維設計的課題查閱相關參考文獻 第 3 周：準備自動上下料機械手開題報告材料 第 4 周：撰寫本課題開題報告，準備開題答辯 第 5 周：查閱關于機械手的文獻并進行自動上下料機械手的方案設計 第 6 周：根據(jù)方案完成自動上下料機械手的結(jié)構設計 第 7 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 8 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 9 周：自動上下料機械手中部分零件三維設計和建模 第 10 周：將完成的機械手的三維零件進行裝配，完成自動上下料機械手裝配圖 第 11 周：完善并修改自動上下料機械手的裝配圖及其零件圖 第 12 周：完成自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 13 周：完善并修改自動上下料機械手的設計說明書和英文文獻的翻譯 第 14 周：上交自動上下料機械手說明書，英文文獻的翻譯及其三維裝配圖、零件圖等所有材料，并進行論文答辯 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 張俊.基于視覺定位的自動上下料機械手系統(tǒng)研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學,2012. 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